立體循環一體化氧化溝處理城市污水的試驗研究

 　　氧化溝是一種經濟而有效的污水處理技術，具有穩定的處理效果。自二十世紀50年代出現以來，經過工藝和曝氣設備等方面的無數次改進，已成為主要污水生物處理技術之一。特別是用于污水生物脫氮，氧化溝比其它生物脫氮工藝具有費用低、TN去除效率高的優勢。然而，與活性污泥法相比，氧化溝占地面積大，因此，在土地昂貴的城市或地區，氧化溝的應用受到限制。

　　本研究開發的新型立體循環一體化氧化溝既保留氧化溝設備和運行操作簡單等優點，又可減少占地面積。該項技術已申請專利。本文重點介紹立體循環一體化氧化溝處理城市污水的試驗研究成果。

　　1 工藝特點

　　本研究開發的新型一體化氧化溝采用立體循環，并與沉淀區合建。其特點是：① 氧化溝的上層為好氧區，下層為缺氧區，不與大氣接觸，缺氧形成快，混合液在上下循環的過程中可完成降解有機物和硝化與反硝化的生物脫氮過程。與常規氧化溝相比，占地面積可減少約50%。② 沉淀區與氧化溝合建，沉淀的污泥可自動回流到氧化溝內，無需污泥回流設備，可節省投資和能耗，而且沉淀區對氧化溝內混合液流態無任何影響。③ 結構緊湊，運行操作簡便。

　　本研究在實驗室進行，試驗裝置的有效體積為33 L。試驗污水為城市污水，其水質如表1所示。在試驗期間，反應器內混合液的溫度隨季節而變化，基本維持在11～28℃之間。試驗初期，處理水量為0.33L/h，并逐漸增加至6 L/h。污泥濃度保持在2.0～4.9 g/L，污泥負荷為0.08～0.14 kg·BOD5/kg·VSS·d

　　表1 試驗污水水質特征

　　項目 范圍 平均值

　　PH 6.84～8.1 7.2

　　SS(mg/l 55～651 152

　　COD(mg/l) 289～1147 628

　　BOD5(mg/l) 119～470 257

　　NH3-N(mg/l) 45～67 59.1

　　TN(mg/l) 65～87 79.4

　　BOD5/TN 3.2

　　在試驗裝置內，混合液的循環流動由轉刷推動。轉刷的功能一是充氧，二是使液混合循環流動，底部不發生污泥沉積。根據設計要求，當轉刷淹沒深度確定后，調節轉刷轉動速度，可以保證溝內溶解氧濃度及水流速度的要求。試驗運行期間，立體循環一體化氧化溝上層DO維持在2 mg/L以上，下層保持缺氧狀態。混合液的循環流速平均為0.25 m/s，未出現污泥沉積現象。

　　2 結果與討論

　　由于氧化溝以低負荷方式運行，因此對污水中有機物具有較高的去除效率。穩定運行期間，COD去除率達到95%。當進水COD濃度小于1000 mg/L，出水COD低于50 mg/L。對BOD5的去除率達到98%以上，出水平均BOD5濃度為5 mg/L。由此可見，本試驗系統對有機物具有較高的去除效率。

　　在試驗期間，沒有出現污泥膨脹現象。根據試驗運行結果，氧化溝內污泥的SVI在50-260 mL/g范圍內，進水SS在150 mg/L左右，出水SS小于15 mg/L。

　　立體循環一體化氧化溝上層為好氧區，下層為缺氧區，因此混合液在循環過程中可完成生物脫氮過程。在試驗運行期間，試驗系統內氨氮負荷為0.011 ～ 0.02 kgNH3-N/kgVSS·d，BOD5負荷為0.08 ～ 0.12 kgBOD/kgVSS·d，進水NH4-N濃度為45～67 mg/L，出水中NH4-N平均濃度1mg/L, NH4-N去除率達99%。進水TN濃度為70～80mg/L，出水TN濃度為7mg/L左右，TN去除率達到90%以上。由此可見，本試驗系統保持了常規氧化溝脫氮效果好的特點。

　　HRT是影響氧化溝去除有機污染物的主要因素之一。根據試驗結果，進水COD濃度為480mg/L左右，水溫23 ℃時，當HRT小于5 h時，COD去除率低于75%;隨著HRT的延長，出水COD濃度迅速降低，去除效率明顯提高。當HRT大于6 h，出水COD濃度低于50mg/L，去除率達90%以上。但HRT大于10 h后，去除率無明顯提高。因此，當進水COD濃度增加時，氧化溝的HRT應相應增加，以保證具有較高的COD去除率。此外，在本試驗條件下，當COD具有較高的去除效率時，總氮的去除率始終保持在90%以上。

　　在本試驗系統內，溫度對COD的去除效果具有一定的影響。試驗結果可知，水溫在12～15 ℃時，COD去除率約為89%;水溫高于15 ℃，COD去除率大于90%。溫度對TN去除率的影響較明顯。試驗結果表明，當總氮負荷≤0.08 kg TN/kg MLVSS·d，BOD5負荷為0.08-0.14 kg BOD/kg MLVSS·d時，溫度為11～13 ℃，TN去除率在75%左右;隨溫度升高，TN去除率明顯增加，溫度高于150C時，TN去除率已達到90%以上。這是因為氧化溝中形成缺氧狀態時，溫度對反硝化影響是非常明顯的。

　　3 結論

　　試驗結果表明，立體循環一體化氧化溝能夠有效地去除污水中的有機污染物，COD去除率達到95%，相應的BOD 去除率為98%。同時，由于好氧區和缺氧區的形成，有利于污水生物脫氮。在本試驗中，當HRT=10h，SRT=30d時，NH3-N去除率達到99%，總氮去除率90%以上。因此，采用立體循環一體化氧化溝處理城市污水是可行的。

　　立體循環一體化氧化溝的優點是：

　　(1) 由于活性污泥混合液呈立體循環，故在同等處理能力下，較常規氧化溝, 可節省占地面積約50%。

　　(2) 污泥自動回流，沉淀分離器置于立體氧化溝的一端，不改變主溝混合液的流態，不造成能量損失，因而更加節能，可降低運行費用。

　　(3) 整個系統結構緊湊，占地少，投資少，操作方便，并可實現工廠裝配化，是適合現階段我國中小城鎮及城市小區污水處理需要的新工藝。